水工高陡巖質(zhì)邊坡微震損傷效應(yīng)及其失穩(wěn)機(jī)理研究中文摘要

隨著我國(guó)西電東送、南水北調(diào)等大型能源工程的不斷開(kāi)發(fā)建設(shè)，開(kāi)挖擾動(dòng)作用下的高陡巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題將日益突出。本課題以正在施工中的四川省大渡河大崗山水電站右岸邊坡為研究背景，該邊坡自然高度在600 m以上，開(kāi)挖坡高達(dá)400 m之巨，通過(guò)對(duì)開(kāi)挖擾動(dòng)下巖質(zhì)邊坡的現(xiàn)場(chǎng)微震監(jiān)測(cè)、理論分析以及數(shù)值模擬試驗(yàn)等手段，深入研究高陡巖質(zhì)邊坡在開(kāi)挖、固結(jié)灌漿、加固措施和大壩蓄水及庫(kù)水位驟升驟降等作用下其內(nèi)部巖石微破裂萌生、發(fā)育、擴(kuò)展、貫通與相互作用誘致邊坡宏觀的可能失穩(wěn)破壞模式與機(jī)理，以及特殊的處理措施；提出一套適用于西部水電站開(kāi)挖擾動(dòng)作用下高陡巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)機(jī)制與災(zāi)害預(yù)警設(shè)計(jì)方法，對(duì)于西部大型水電樞紐工程的高邊坡安全運(yùn)營(yíng)具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

本項(xiàng)目以西南地區(qū)大型水電工程巖質(zhì)邊坡為研究背景，基于“巖質(zhì)邊坡細(xì)觀巖體微破裂聚積和演化漸進(jìn)發(fā)展是邊坡宏觀失穩(wěn)前兆”的學(xué)術(shù)思想，將巖質(zhì)邊坡微震活動(dòng)監(jiān)測(cè)與應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值分析相結(jié)合，通過(guò)應(yīng)力場(chǎng)的演化來(lái)解讀邊坡巖體漸進(jìn)破裂誘發(fā)失穩(wěn)過(guò)程中的微震活動(dòng)性規(guī)律，建立了考慮微震效應(yīng)的三維彈性損傷演化本構(gòu)模型，以巖石介質(zhì)變形過(guò)程中的微破裂積累造成的力學(xué)性質(zhì)弱化來(lái)反映巖石宏觀變形非線性的本質(zhì)特征，探討工程擾動(dòng)作用下水電高陡巖質(zhì)邊坡微破裂萌生、發(fā)育、演化、繁衍及相互作用對(duì)其宏觀結(jié)構(gòu)破壞過(guò)程中微震活動(dòng)性的影響，包括邊坡巖體破裂過(guò)程中的微震時(shí)空分布規(guī)律及其失穩(wěn)的前兆模式，揭示了巖質(zhì)邊坡微震活動(dòng)性、背景應(yīng)力場(chǎng)演化與工程擾動(dòng)之間的聯(lián)系，提出一套適用于西南地區(qū)工程擾動(dòng)作用下水工高陡巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)機(jī)制與災(zāi)害預(yù)警設(shè)計(jì)方法。項(xiàng)目研究成果成功推廣應(yīng)用到金沙江白鶴灘水電站左岸邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和大渡河猴子巖水電站地下洞室群圍巖穩(wěn)定性分析中，促進(jìn)了西南地區(qū)水利水電工程技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，取得了一定的社會(huì)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益。 項(xiàng)目的研究成果最終形成的研究論文被SCI收錄5篇，EI收錄10篇；獲得中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1次，四川省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)1次；參加國(guó)際、國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議12次，培養(yǎng)博士生2人，碩士生1人。超額完成項(xiàng)目的預(yù)期目標(biāo)。 2100433B

本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)山區(qū)地表移動(dòng)觀測(cè)資料及滑坡調(diào)查資料的分析，結(jié)合遙感影響像資料數(shù)據(jù)，研究山區(qū)高陡邊坡滑坡（或崩塌）的地形特征參數(shù)，即坡高、坡長(zhǎng)、坡度、坡向、采區(qū)地表及覆巖性質(zhì)及結(jié)構(gòu)特征。根據(jù)礦區(qū)井上下對(duì)照?qǐng)D分析采動(dòng)程度、開(kāi)采深度、開(kāi)采厚度、工作面尺寸與坡體的相對(duì)位置，以及推進(jìn)方向等采礦地質(zhì)因素與山區(qū)高陡邊坡變形的關(guān)系，確定引起高陡邊坡失穩(wěn)的相應(yīng)地質(zhì)采礦參數(shù)的臨界值，即引起采動(dòng)坡體滑坡或崩塌的條件，從而建立高陡邊坡滑坡（崩塌）與開(kāi)采深度、開(kāi)采厚度、采區(qū)工作面尺寸、工作面推進(jìn)方向、采動(dòng)程度、覆巖性質(zhì)、山區(qū)地形地貌特征、地表巖（土）層結(jié)構(gòu)與特性的關(guān)系模型，即高陡邊坡失穩(wěn)的判別模型。本項(xiàng)目的研究對(duì)山區(qū)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理、地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)和礦井安全生產(chǎn)具有重要意義。

《工程巖體微震機(jī)制及其應(yīng)用》結(jié)合工程實(shí)際，全面分析和論述工程巖體微震機(jī)制、信號(hào)規(guī)律、頻譜特征、微震監(jiān)測(cè)實(shí)施與洞室圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法。全書(shū)共8章，分別介紹了微震機(jī)制的研究意義、現(xiàn)狀和趨勢(shì)，巖體損傷與震動(dòng)規(guī)律、巖石聲發(fā)射釋放與信號(hào)分析、微震波場(chǎng)特征與震源反演、微震監(jiān)測(cè)工程實(shí)施與微震活動(dòng)規(guī)律，以及地下工程微震監(jiān)測(cè)的安全評(píng)價(jià)技術(shù)研究。

《工程巖體微震機(jī)制及其應(yīng)用》可供水電、礦山、隧道、巖土、石油、地質(zhì)等相關(guān)工程領(lǐng)域的廣大科技人員、工程技術(shù)人員和大專院校師生參考。